Riemannova a Hurwitzova ζ-funkce

Podobné dokumenty
ŘADY KOMPLEXNÍCH FUNKCÍ

To je samozřejmě základní pojem konvergence, ale v mnoha případech je příliš obecný a nestačí na dokazování některých užitečných tvrzení.

1 Posloupnosti a řady.

1 Základní pojmy a vlastnosti Význačnéřady Základnívlastnostiřad... 3

Jednou z nejdůležitějších funkcí, které se v matematice a jejích aplikacích používají je

11. Číselné a mocninné řady

Definice 1.1. Nechť je M množina. Funkci ρ : M M R nazveme metrikou, jestliže má následující vlastnosti:

INTEGRÁLY S PARAMETREM

Komplexní analýza. Reziduová věta a její aplikace. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

Riemannova hypotéza Martin Havlík 2. A

Přednáška 6, 7. listopadu 2014

LEKCE10-RAD Otázky

ŘADY KOMPLEXNÍCH FUNKCÍ OBECNÉ VLASTNOSTI

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

Zobecněný Riemannův integrál

Nekonečné číselné řady. January 21, 2015

Úvod. Integrování je inverzní proces k derivování Máme zderivovanou funkci a integrací získáme původní funkci kterou jsme derivovali

Petr Hasil. c Petr Hasil (MUNI) Nekonečné řady MA III (M3100) 1 / 183

SINGULARITY A REZIDUA IZOLOVANÉ SINGULARITY

Matematika III. Miroslava Dubcová, Daniel Turzík, Drahoslava Janovská. Ústav matematiky

1 Topologie roviny a prostoru

Lineární algebra : Metrická geometrie

2. přednáška 8. října 2007

KOMPLEXNÍ ČÍSLA A FUNKCE MNOŽINA KOMPLEXNÍCH ČÍSEL C. Alternativní popis komplexních čísel

Otázky k ústní zkoušce, přehled témat A. Číselné řady

Úvodní informace. 17. února 2018

Michal Fusek. 10. přednáška z AMA1. Ústav matematiky FEKT VUT, Michal Fusek 1 / 62

Nechť je číselná posloupnost. Pro všechna položme. Posloupnost nazýváme posloupnost částečných součtů řady.

Komplexní analýza. Fourierovy řady. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Matematika vzorce. Ing. Petr Šídlo. verze

Diferenciál funkce. L Hospitalovo pravidlo. 22. a 23. března 2011

Riemannův určitý integrál

18 Fourierovy řady Úvod, základní pojmy

Teorie. Hinty. kunck6am

Písemná zkouška z Matematiky II pro FSV vzor

PRIMITIVNÍ FUNKCE. Primitivní funkce primitivní funkce. geometrický popis integrály 1 integrály 2 spojité funkce konstrukce prim.

MATEMATIKA I. Požadavky ke zkoušce pro skupinu C 1. ročník 2014/15. I. Základy, lineární algebra a analytická geometrie

Určete (v závislosti na parametru), zda daný integrál konverguje, respektive zda konverguje. dx = t 1/α 1 dt. sin x α dx =

Integrální počet - II. část (určitý integrál a jeho aplikace)

Teorie. Hinty. kunck6am

PRIMITIVNÍ FUNKCE DEFINICE A MOTIVACE

OBECNOSTI KONVERGENCE V R N

HL Academy - Chata Lopata Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky / 27

Aritmetické funkce. Pepa Svoboda

Matematika 2 LS 2012/13. Prezentace vznikla na základě učebního textu, jehož autorem je doc. RNDr. Mirko Rokyta, CSc. J. Stebel Matematika 2

Limita a spojitost funkce. 3.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P3.1]

Derivace a monotónnost funkce

Petr Hasil. Prvákoviny c Petr Hasil (MUNI) Úvod do infinitezimálního počtu Prvákoviny / 57

Vzorové řešení zkouškové písemky

Důkaz Heineho Borelovy věty. Bez újmy na obecnosti vezmeme celý prostor A = M (proč? úloha 1). Implikace. Nechť je (M, d) kompaktní a nechť.

2. DVOJROZMĚRNÝ (DVOJNÝ) INTEGRÁL

Kapitola 15. Číselné řady Základní pojmy. Definice Symbol a 1 + a 2 + +a n +,kde n N, a n R,se. nazývá číselná řada.

13. přednáška 13. ledna k B(z k) = lim. A(z) = M(z) m 1. z m.

terminologie předchozí kapitoly: (ϕ, Ω) - plocha, S - geometrický obraz plochy

10 Určitý integrál Riemannův integrál. Definice. Konečnou posloupnost {x j } n j=0 nazýváme dělením intervalu [a,b], jestliže platí

Začneme obráceným postupem k počítání derivací, tj. hledáním funkcí, jejichž derivaci známe.

Kapitola 8: Dvojný integrál 1/26

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

1 Lineární prostory a podprostory

Limita funkce. FIT ČVUT v Praze. (FIT) Limita funkce 3.týden 1 / 39

Základy matematiky pro FEK

Metody výpočtu limit funkcí a posloupností

16 Fourierovy řady Úvod, základní pojmy

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2011/2012. x + y + 3z = 1 (2a 1)x + (a + 1)y + z = 1 a

MATEMATIKA I Požadavky ke zkoušce pro 1. ročník, skupina A 2017/18

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Posloupnosti a řady funkcí. študenti MFF 15. augusta 2008

Základy matematické analýzy

1. přednáška 1. října Kapitola 1. Metrické prostory.

Syntetická geometrie II

Úvod základy teorie zobrazení

NMAF063 Matematika pro fyziky III Zápočtová písemná práce B Termín pro odevzdání 4. ledna 2019

NEWTONŮV INTEGRÁL. V předchozích kapitolách byla popsána inverzní operace k derivování. Zatím nebylo jasné, k čemu tento nástroj slouží.

Přednáška 6, 6. listopadu 2013

f konverguje a g je omezená v (a, b), pak také konverguje integrál b a fg. Dirichletovo kritérium. Necht < a < b +, necht f : [a, b) R je funkce

Integrální počet - III. část (určitý vlastní integrál)

Plošný integrál funkce

Matematická analýza III.

Z transformace. Definice. Z transformací komplexní posloupnosti f = { } f n z n, (1)

Otázky z kapitoly Posloupnosti

9. T r a n s f o r m a c e n á h o d n é v e l i č i n y

7. Aplikace derivace

10 Funkce více proměnných

INTEGRACE KOMPLEXNÍ FUNKCE

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

Kapitola 2: Spojitost a limita funkce 1/20

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Funkcionální řady. January 13, 2016

Je založen na pojmu derivace funkce a její užití. Z předchozího studia je třeba si zopakovat a orientovat se v pojmech: funkce, D(f), g 2 : y =

Uzavřené a otevřené množiny

Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

7. Integrál přes n-rozměrný interval

VEKTOROVÁ POLE Otázky

DERIVACE FUNKCE KOMPLEXNÍ PROMĚNNÉ

MATEMATIKA 1B ÚSTAV MATEMATIKY

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

MKI Funkce f(z) má singularitu v bodě 0. a) Stanovte oblast, ve které konverguje hlavní část Laurentova rozvoje funkce f(z) v bodě 0.

Transkript:

Riemannova a Hurwitzova ζ-funkce Riemannova a Hurwitzova ζ-funkce Michael Krbek. Definice a souvislost s prvočísl. Buď s C komplexní číslo takové, že Rs δ, δ >.Potompro<a definujemehurwitzovu ζ- funkci vztahem ζ(s, a) (an) s. () n Nekonečná řada je pro daná s i a absolutně konvergentní; tato skutečnost je zřejmá například vužitím integrálního kritéria konvergence dn (an) s n n d n (an) Rs d n (an) Rs a Rs <. Riemannova ζ-funkce je speciálním případem ζ-funkce Hurwitzov pro a, ζ(s)ζ(s,). Věta.Platí ζ(s) p Důkaz. Z definice máme ated p s,kdesoučinjepřesvšechnaprvočísla p. ζ(s) 2 s 3 s 4 s 5 s 2 sζ(s) 2 s 4 s 6 s 8 s s, odečtením druhého výrazu od prvního máme ( 2 s ) ζ(s) 3 s 5 s 7 s 9 s.

Riemannova a Hurwitzova ζ-funkce 2 Pro další prvočísla postupujeme obdobně, dostaneme ted nakonec... ( 5 ) ( 3 ) ( 2 ) ζ(s) s s s 7 s s 3 s, a protože obě stran rovnosti vžd konvergují, získáme dokazované tvrzení. (Konvergenci nekonečného součinu všetříme převodem na nekonečný součet pomocí funkce ln, konverguje-li absolutně nějaká posloupnost, konverguje absolutněijejílibovolnápodposloupnost.) 2. Analtické prodloužení. Definovali jsme ζ(s, a)pro Rs δ. Nní vužijeme metod analtického prodloužení k rozšíření definičního oboru. Analtická funkce na souvislé otevřené podmnožině U C je určena svými hodnotami v libovolném otevřeném okolí V U. Napřed odvodíme integrální vzorec pro ζ(a, s). Věta2.Pro Rs >δ, < a platí ζ(s, a)γ(s) x s e ax dx e x. (2) Důkaz. V důkazu vužijeme vlastností Γ-funkce, především integrální definice Γ(s) e x x s d x, kterárovněžplatípro Rs >δ.substitucí t(na)xmáme (an) s e t t s dt a ted součtem geometrické řad e (na)x x s dx ζ(s)γ(s) n e (na)x x s d x dostanemedokazovanétvrzení.

Riemannova a Hurwitzova ζ-funkce 3 Věta 3. Platí ζ(s, a) Γ( s) 2πi C ( z) s e az d z, (3) e z kde C je libovolná křivka, která ohraničuje oblast obsahující nezápornou osu xaneobsahujícípól z2πi n, n Z \ {}(viz.obrázek),vevýrazu ( z) s uvažujemehlavníhodnotuargumentu. 2π i C x Obrázek : Integrační křivka ve Větě 3 Důkaz. Integrační křivku můžeme zdeformovat podle Obrázku 2, čímž dostaneme(ǫ, ρ ) C ( z) s e az d z e z π π C C 2 ǫ C 3 ρ ρ iǫ s e i sϕ e aǫ(cos ϕisinϕ) d ϕ e ǫ(cos ϕisin ϕ) Dále je možno vužít vztahu Γ(s)Γ( s) pomocíněhožzískámedokazovanétvrzení. ǫ e iπ(s ) t s e at d t e t e i π(s ) t s e at d t e t 2isin πs π sin(πs), t s e at dt e t.

Riemannova a Hurwitzova ζ-funkce 4 2π i ǫ C C 2 x C 3 Obrázek 2: Deformace integrační křivk v důkazu Vět 3 Věta4.Funkci ζ(s, a)lzeanaltickrozšířitnac \ {}.Vbodě smá ζ(s, a) jednoduchý pól, platí Res ζ(s, a). s Důkaz. Integrál na pravé straně(3) dává analtickou funkci, můžeme ted analtickrozšířit ζ(s, a)navšechnhodnot skromě s.zdejejednoduchýpól,protožezdemájednoduchýpólγ( s).ostatnípólγ( s) v s{2,3,...}nehrajíroli,zdejetotiž ζ(s, a)jiždobředefinovánapomocí (). Dále platí lim s ζ(s, a) Γ( s) 2πi C e az d z e z Res e az ze z. ares s Γ( s),ztohodostanemeposledníčásttvrzení. 3. Hermiteův vzorec. Po dokázání pomocného tvrzení odvodíme tzv. Hermiteův vzorec, který přímo zapíše ζ(s, a) pro všechn hodnot s(kromě s).

Riemannova a Hurwitzova ζ-funkce 5 Lemma5.Nechť m, n Zjsouceláčísla, f(z)analtickáfunkce,omezená napásu m Rz n.pak n 2 f(m)f(m) f(n ) 2 f(n) m f(z)dz i f(ni ) f(n i ) f(mi)f(m i ) e 2π d. (4) Důkaz. Integrační křivku R vbereme podle Obrázku 3. Integrujme po ní (ρ )apomocíreziduovévětzískáme R f(z)dz e 2πi z m n ρ f(xiρ)dx e 2π(ρ i x) f(ni ) f(n i ) f(mi )f(m i) d e 2π n f(x iρ)dx n ( ) f(z) e 2π( ρ i x) 2πi Res, zj e 2πi z m přičemžvbodech man,kterýmiprocházíintegračníkřivka,jenutnovzítpolovinurezidua.druhýsčítanecjevlimitěnulový,třetíjeroven n f(z)dz, m vzhledem k analtičnosti f(z) je integrační křivka libovolná. Po spočtení reziduízískámedokazovanétvrzení. jm ρ R m n x Obrázek 3: Integrační křivk v důkazu Lemmatu 5

Riemannova a Hurwitzova ζ-funkce 6 Věta 6. Platí ζ(s, a) 2 a s a s s 2 (a 2 2 ) s 2 sin ( satg a) d. (5) e 2π Důkaz.Lemma5aplikujemena f(z)(az) s,kdeopětuvažujemehlavní hodnotuargumentu,dálevezmeme m, n.platí 2i [f(xi ) f(x i )] [ (ax) 2 2] ( ) s 2 sin satg. ax Všimněmesi,želimitalim x předchozíhovýrazujenula.celkemdostáváme f(n) f() (az) s d z 2 n zčehožpointegracizískámedokazovanétvrzení. (a 2 2 ) s 2 sin ( satg 2 a) d, e 2π